Высокоэффективные теплообменные системы на основе фазового перехода в плоских и прямоугольных мини- и микроканалах

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 21-79-10357

НазваниеВысокоэффективные теплообменные системы на основе фазового перехода в плоских и прямоугольных мини- и микроканалах

Руководитель Роньшин Федор Валерьевич, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №61 - Конкурс 2021 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-201 - Процессы тепло- и массообмена

Ключевые слова двухфазные течения, микроканал, кипение, смачиваемость, формирование режимов, гидравлическое сопротивление, динамика роста пузырей

Код ГРНТИ44.31.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В последние два десятилетия, фактически происходит революционное развитие теплообменных систем с мини-, микро- и наноразмерами, и эти системы оказываются гораздо более энергоэффективными, чем макросистемы с размерами каналов 3–100 мм. Величина отводимых тепловых потоков в создающихся мини- и микротеплообменниках может достигать 1000 Вт/см2 и более. Также в последние несколько лет происходит интенсивное развитие 3D чипов, где необходимо отводить тепло непосредственно из области чипа. Наиболее перспективным решением охлаждения представляется использование микроканалов, которые подводятся внутрь чипа, непосредственно к тепловыделяющему элементу. При этом поперечные размеры микроканала связаны с размерами чипа. Микроканальных системах охлаждения, в которых происходит кипение потока, способны отводить огромные тепловые потоки с небольшой площади при практически однородной температуре поверхности и небольших затратах мощности на прокачку. В связи с этим для широкого круга технических приложений важное значение имеет понимание процессов кипения в мини- и микроканалах, когда обеспечиваются наиболее эффективные режимы тепло- и массопередачи. Использование плоских (широких прямоугольных) микроканалов позволяет интенсифицировать процессы теплоотдачи за счет большего отношения площади теплообмена к высоте микроканала по сравнению с каналами с небольшим соотношением сторон. Для анализа возможности создания таких систем необходимо иметь информацию о режимах двухфазного течения в плоских микроканалах. Также важной задачей является минимизация перепада давления, т.к. он определяет мощность, затрачиваемую на прокачку хладагента. В рамках настоящего проекта будет выполнено комплексное исследование кипения в щелевых микроканалах при помощи современных уникальных методик. Будут исследованы гидродинамика газо-жидкостного течения, динамика роста пузырей при кипении в микроканале, зависимость коэффициента теплоотдачи от режима двухфазного течения, а также гидравлическое сопротивление микроканала. При помощи современных аддитивных технологий (dlp 3d печать) будут изготовлены прямоугольные микроканалы различной геометрии и конфигурации смесителей, в которых будут детально исследованы режимы течения и формирование тейлоровских пузырей. Будет исследовано влияние поверхностно-активных веществ на снарядный режим течения в прямоугольном микроканале. Будет сформирован научный задел для создания высокоэффективных миниатюрных систем охлаждения, где будут определены основные параметры, определяющие их эффективность.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Роньшин Ф.В.,Дементьев Ю.А., Кочкин Д.Ю., Чиннов Е.А. Влияние высоты канала на характеристики двухфазного течения в мини- и микроканалах с Т-смесителем Теплофизика и Аэромеханика (год публикации - 2022)

2. Кочкин Д.Ю.,Роньшин Ф.В., Чеверда В.В. Experimental study of heat transfer during FC-72 fluid rivulet flow over a heated vertical plate Journal of Engineering Thermophysics (год публикации - 2022)

3. Вожаков И.С.,Лукьянов А.А.,Кочкин Д.Ю., Роньшин Ф.В. Experimental and numerical study of Taylor flow in a square minichannel Physics of Fluids, 34, 122103 (год публикации - 2022)
10.1063/5.0114407

4. Ойкономиду О., Евгенидис С., Аргиропулос С., Забулис Х., Карамаойнас П., Раза М.К., Себийо Дж., Роньшин Ф., Чино М., Гаривалис А.И., Костоглу М., Зилафф А., Шиннерл М., Стефан П., Колин К., Тадрист Л., Кабов О., Ди Марко П., Карапанциос Т. Bubble growth analysis during subcooled boiling experiments on-board the international space station: Benchmark image analysis Advances in Colloid and Interface Science, 308, 102751 (год публикации - 2022)
10.1016/j.cis.2022.102751

5. Роньшин Ф.В., Дементьев Ю.А., Чиннов Е.А. Исследование кипения диэлектрической жидкости FC-72 в щелевом микроканале Теплофизика и аэромеханика, 29, 6 (год публикации - 2022)

6. Роньшин Ф.В., Дементьев Ю.А., Чиннов Е.А. Исследование кипения в плоском микроканале МАТЕРИАЛЫ ВОСЬМОЙ РОССИЙСКОЙ НАЦИОНАЛЬНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ТЕПЛООБМЕНУ, Москва, 17–22 октября 2022 года, Том 1, Страницы: 294-295 (год публикации - 2022)

7. Роньшин Ф.В., Tadrist L., Кабов О.А. Исследование динамика роста парового пузыря при кипении в условиях микрогравитации МАТЕРИАЛЫ ВОСЬМОЙ РОССИЙСКОЙ НАЦИОНАЛЬНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ ПО ТЕПЛООБМЕНУ, Москва, 17–22 октября 2022 года, Том 1, Страницы: 296-297 (год публикации - 2022)

8. Роньшин Ф.В., Кабов О.А., Редников А., Тадрист Л. Preliminary physical analysis of a single-bubble pool-boiling experiment in space: Effect of subcooling and possible non-condensable residuals International Communications in Heat and Mass Transfer, 150, 107188 (год публикации - 2024)
10.1016/j.icheatmasstransfer.2023.107188

9. Роньшин Ф.В., Дементьев Ю.А., Чиннов Е.А. FLOW BOILING OF FC-72 IN A FLAT MICROCHANNEL Proceedings of 17th International Heat Transfer Conference, IHTC 2023, 193575 (год публикации - 2023)

Публикации